往事越卅年
——寫在周培源先生誕辰雙甲子之際

林建忠

(寧波大學(xué)機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院，寧波 315210)

(浙江大學(xué)航天航空學(xué)院，杭州 310027)

1 行為心役

在20世紀(jì)70年代的中后期，我們國家迎來了教育和科學(xué)的春天。1977年10月21日，《人民日?qǐng)?bào)》刊發(fā)了有關(guān)高校招生重大改革的消息，我國將恢復(fù)中斷了11年的高考制度。1978年3月，全國科學(xué)大會(huì)召開，會(huì)上明確指出現(xiàn)代化的關(guān)鍵是科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化。為配合當(dāng)時(shí)的形勢，報(bào)告文學(xué)家徐遲接連發(fā)表了幾篇歌頌科學(xué)家的報(bào)告文學(xué)，其中有關(guān)于地質(zhì)學(xué)家李四光的《地質(zhì)之光》、數(shù)學(xué)家陳景潤的《哥德巴赫猜想》、植物學(xué)家蔡希陶的《生命之樹常綠》以及力學(xué)家和物理學(xué)家周培源的《在湍流的渦漩中》。

《在湍流的渦漩中》發(fā)表于1978年4月，該文以1976年10月初粉碎 “四人幫”前夕的時(shí)段為背景，描寫了時(shí)任“北京大學(xué)革命委員會(huì)”副主任的周培源處于政治斗爭渦旋中的心理活動(dòng)。文中將政治斗爭洪流中的渦旋與周先生所研究的自然界的湍流穿插敘述，用自然界中紊亂無序、變化莫測的湍動(dòng)渦旋，烘托出當(dāng)時(shí)政治斗爭的復(fù)雜與兇險(xiǎn)以及當(dāng)時(shí)形勢下周先生在大是大非面前的愛憎分明與情操大義。當(dāng)時(shí)有一位福建的上山下鄉(xiāng)插隊(duì)知青被這篇報(bào)告文學(xué)吸引，文中那一連串自然界的湍動(dòng)渦旋波譎云詭、目亂睛迷，這引起了他極大的興趣并由此產(chǎn)生對(duì)其探究的想法。就在同一年，這位知青參加了高考并被浙江大學(xué)錄取，在填寫專業(yè)志愿時(shí)，他選擇了與湍動(dòng)渦旋相關(guān)的力學(xué)專業(yè)，在大三選專業(yè)方向時(shí)又選擇了與湍動(dòng)渦旋更相關(guān)的流體力學(xué)。在相繼獲得學(xué)士和碩士學(xué)位并留浙大工作后，1988年他又報(bào)考北京大學(xué)周先生的博士研究生，直接進(jìn)行湍動(dòng)渦旋的研究，實(shí)現(xiàn)了10年前的意愿，這位當(dāng)年的知青就是我。

三年的讀博時(shí)間使我有了與周先生近距離接觸的機(jī)會(huì)，因而能感受到周先生大處動(dòng)中肯綮，小處細(xì)致入微的風(fēng)格。

2 動(dòng)中肯綮

周先生的湍流研究生涯能抓住問題的關(guān)鍵，把握研究的走向。

2.1 立論有道

在一次與周先生的交談中，他認(rèn)為一個(gè)新理論的建立必須具備三個(gè)基本特征，一是能描述舊理論所能描述的客觀現(xiàn)象；二是能描述舊理論所不能描述的客觀現(xiàn)象；三是能預(yù)見新的客觀現(xiàn)象并能被實(shí)驗(yàn)證實(shí)。周先生湍流理論的建立正是具備了這三個(gè)基本特征，基于該理論得到的結(jié)果不僅能較好地符合以往理論所給出的結(jié)果，如湍流場的平均量和脈動(dòng)速度二階統(tǒng)計(jì)關(guān)聯(lián)量；而且還能給出以往理論所不能給出的結(jié)果，如脈動(dòng)速度的高階關(guān)聯(lián)量；同時(shí)還能預(yù)見新的結(jié)果并被實(shí)驗(yàn)證實(shí)，如均勻各向同性湍流從前期到后期以及一般剪切湍流的湍能和微尺度的衰變規(guī)律。

2.2 綱挈目張

周先生在漫長的研究生涯中始終都有明確的目標(biāo)指向，這種指向貫穿時(shí)空，使不同時(shí)期的工作渾然一體、絲絲入扣。在湍流研究中，周先生從一開始就意識(shí)到脈動(dòng)速度方程和各階脈動(dòng)速度關(guān)聯(lián)函數(shù)是研究湍流的重要環(huán)節(jié)，從20世紀(jì)30年代末開始基于脈動(dòng)速度方程建立脈動(dòng)速度高階關(guān)聯(lián)函數(shù)的方程，到五六十年代尋求與脈動(dòng)速度相關(guān)的渦元解，最后到八九十年代的基于求解脈動(dòng)速度方程的逐級(jí)逼近法的建立，都緊緊圍繞這一環(huán)節(jié)進(jìn)行。

2.3 數(shù)理融合

周先生認(rèn)為描述湍流場的動(dòng)力學(xué)方程是非線性偏微分方程，直接從數(shù)學(xué)上求解這些方程很困難，所以他注重將物理規(guī)律融入到對(duì)湍流場數(shù)學(xué)方程的求解中，認(rèn)為要在認(rèn)清湍流運(yùn)動(dòng)本質(zhì)的基礎(chǔ)上，根據(jù)物理?xiàng)l件對(duì)數(shù)學(xué)方程予以簡化，然后對(duì)方程進(jìn)行求解。周先生在均勻各向同性湍流中提出的相似性理論、準(zhǔn)相似性理論到一般湍流場提出的廣義準(zhǔn)相似性理論，以及將湍流場的物理量分成快變量和慢變量進(jìn)行分別處理就是典型的例子。

3 細(xì)致入微

或許有人會(huì)認(rèn)為周先生這樣高齡又身兼數(shù)職，日理萬機(jī)，指導(dǎo)研究生只是掛個(gè)名而已，其實(shí)不然。周先生對(duì)研究生的培養(yǎng)，從論文選題、進(jìn)度、撰寫一直到答辯都會(huì)給予具體的指導(dǎo)。

3.1 面授定題

第一次與周先生見面是請(qǐng)教有關(guān)學(xué)位論文選題的事，只見他鶴發(fā)松姿，雖年至耄耋，卻精神矍鑠。他思路清晰，從湍流研究發(fā)展的歷史到現(xiàn)狀娓娓道來，從湍流研究的模型到方法如數(shù)家珍，對(duì)提到的公式、數(shù)據(jù)更是信手拈來。他認(rèn)為論文的選題應(yīng)考慮難度、價(jià)值性與可行性三要素。周先生在20世紀(jì)30年代末曾推導(dǎo)得到了湍流場三階脈動(dòng)速度關(guān)聯(lián)方程，該方程中出現(xiàn)的四階脈動(dòng)速度關(guān)聯(lián)和其他新未知項(xiàng)使方程不封閉而無法求解，為此他當(dāng)時(shí)提出將四階脈動(dòng)速度關(guān)聯(lián)項(xiàng)用三個(gè)二階脈動(dòng)速度關(guān)聯(lián)乘積之和再乘上一常系數(shù)表示，但受限于測量儀器和技術(shù)，該系數(shù)的值一直無法確定。因此，我的學(xué)位論文內(nèi)容之一就是由實(shí)驗(yàn)確定不同自由剪切湍流場中該常數(shù)的值。

3.2 三閱文稿

1991年初，我的學(xué)位論文初稿完成后交給周先生審閱，他看了一遍后給我來信(圖1)，信中指出了3個(gè)問題，表示準(zhǔn)備再看一遍，并約好3月份返校后再當(dāng)面細(xì)談?wù)撐牡氖?。記得討論我的學(xué)位論文初稿是在一個(gè)大雪的日子，當(dāng)時(shí)恰逢全國政協(xié)會(huì)議召開，周先生抽空和我談了兩個(gè)多小時(shí)，表明了具體的修改意見。后來又再次給我寫信(圖2)，了解論文的修改情況，并囑咐論文付印之前讓他再看一遍。他對(duì)論文逐段斟酌，親手推導(dǎo)驗(yàn)證有關(guān)公式，對(duì)標(biāo)點(diǎn)符號(hào)、圖注、目錄和頁碼都仔細(xì)校核。

圖1 周先生1991年2月21日的信件

圖2 周先生1991年4月3日的信件

3.3 親臨現(xiàn)場

1991年5月30 日是我博士學(xué)位論文答辯的日子，這天一大早周先生專程從北太平莊的住處趕到北京大學(xué)力學(xué)系大院參加我的答辯。這應(yīng)該是周先生最后一次參加研究生答辯，參加答辯的還有梁在潮、是勛剛、崔爾杰、陳耀松、魏中磊、凌國燦、黃永念等老師(圖3～圖5)。答辯過程除了就論文內(nèi)容展開問答外，還就國內(nèi)外湍流研究的動(dòng)態(tài)進(jìn)行了討論。答辯前，周先生與老師們進(jìn)行了交流(圖6)，談到了北京大學(xué)湍流國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的發(fā)展乃至我國流體力學(xué)研究的現(xiàn)狀。

圖3 答辯現(xiàn)場(左起：是勛剛，周培源，梁在潮，崔爾杰，本人)

圖4 答辯現(xiàn)場(左起：本人，梁在潮，崔爾杰，魏中磊，陳耀松，周培源)

圖5 答辯現(xiàn)場(左起：凌國燦，是勛剛，崔爾杰，周培源，梁在潮)

圖6 答辯前的交談(左起：魏中磊，崔爾杰，周培源，梁在潮)

3.4 抱恙提點(diǎn)

我將博士畢業(yè)時(shí)，周先生希望我留在北京大學(xué)繼續(xù)湍流的研究，考慮到當(dāng)時(shí)浙大的需要和家庭的情況，我回到了浙大，但仍繼續(xù)保持聯(lián)系。當(dāng)時(shí)周先生的逐級(jí)逼近法剛提出不久，用該方法不僅可以求出湍流平均量和脈動(dòng)量的二階關(guān)聯(lián)函數(shù)，還可以便捷地計(jì)算高階脈動(dòng)速度關(guān)聯(lián)值，避免求解高階脈動(dòng)速度關(guān)聯(lián)方程的困難。我回到浙大后將逐級(jí)逼近法用于對(duì)平面湍尾流場的求解，論文完成后將初稿寄給了周先生，當(dāng)時(shí)他生病住院，病愈返家后回信給我(圖7)，信中表示很高興我開展的研究工作，并對(duì)后續(xù)事宜做了安排。這封信寫于他去世前不到1年半的時(shí)間。

圖7 周先生1992年7月17日的信件

先生已逝，幽思長存。